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コンクリート構造物の電気防食工法の紹介

コンクリート構造物の電気化学的防食工法研究会

技術委員 山本 悟 （日本防蝕工業(株)）

2014. 06&08コンクリートメンテナンス協会コンクリート構造物の補修・補強に関するフォーラム 2014 コンクリート構造物の

電気化学的防食工法研究会（CP研）http://www.cp-ken.jp/

・会長：宮川 豊章（京都大学教授）・顧問：関 博（早稲田大学 名誉教授）

福手 勤（東洋大学 教授）武若 耕司（鹿児島大学 教授）

・事務局：東亜建設工業株式会社内・会員会社：１８社

CP研で扱う工法

１. 電気防食工法２. 脱塩工法３. 再アルカリ化工法４. 電着工法

●いずれの工法もコンクリート中鋼材表面へマイナスの直流電流を流入させる。

外部電源方式 流電（犠牲）陽極方式

○ポイント

1) コンクリートは海水や土壌のように電気を通す。

2) 腐食は鋼材の表面で起こる。

3) 電流は、陽極の表面から出て、鋼材の表面へ流入する。

4) 鋼材表面に電流が流入すると鋼材表面の「電位」がマイナス方向に変化（分極）する。

鋼材表面へマイナスの直流電流を流入させる

陽極システム（亜鉛合金など）

鋼材

コンクリート

陽極システム（チタン他）

防食電流

鋼材

電源装置

（+）

（－）

防食電流

コンクリート

海水による桟橋下面の劣化（塩害）

PC主桁の凍結防止剤の飛散による塩害

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塩害はどのようにして生じるか

日本防蝕工業㈱ 技術資料より

コンクリート中でも腐食部は酸性になる

pH3

pH11

断面欠損50%程度の腐食

山本悟，川岡岳晴，田代賢吉: 電気防食新工法のコンクリート実構造物への適用，材料，Vol.55, No.11, pp.1016-1020, 2006

腐食継続＝腐食部の酸性継続

山本悟，田代賢吉，立林喜子，石井浩司，関博：湿潤環境にあるコンクリート中鋼材の電気防食基準に関する検討，コンクリート工学論文集，pp.1-11, 2011.9

Fe2+

Cl－H+

pH3

Cl－H 2 O

pH7

腐食電流ＩcorpH13

さび層

ｺﾝｸﾘｰﾄ

鉄筋

O 2

2ｅ－

1/2O2＋2e－＋H2 O →2OH

－

アノード反応：Fe →Fe2＋＋2e

－

鋼材の表面状態は、ｐHと電位で変わる

0

1.0

-1.0

0

1

-1

0 2 4 6 8 10 12 14

pH

酸素ガス還元反応

Fe

Fe2+

Fe3+

-0.8

-0.6

0.2

0.4

0.60.8

-0.4-0.2

①保護被膜(不動態域)

-1.2-1.4

1.2

-2

電位(Vvs.CSE)

電位(Vvs.SHE)

Fe2+

③電気防食(不活性態域)

②(腐食域)

④貧酸素(不完全不動態域）

水素イオン還反応

＜塩害＞

日本防蝕工業㈱ 技術資料より

電位とは・・・

○ポイント

電位：電気の高さ（電位の差は電圧）

水位：水面の高さ（水位の差は水圧）

温度：熱さ冷たさの度合い（温度の差は温度差）

木炭は温度が上がると燃える

日本防蝕工業㈱ 技術資料より

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鋼材は電位が上がると腐食、下がると防食

日本防蝕工業㈱ 技術資料より

鋼材表面は、ｐHと電位で状態が変わる

0

1.0

-1.0

0

1

-1

0 2 4 6 8 10 12 14

pH

酸素ガス還元反応

Fe

Fe2+

Fe3+

-0.8

-0.6

0.2

0.4

0.60.8

-0.4-0.2

①保護被膜(不動態域)

-1.2-1.4

1.2

-2

電位(Vvs.CSE)

電位(Vvs.SHE)

Fe2+

③電気防食(不活性態域)

②(腐食域)

④貧酸素(不完全不動態域）

水素イオン還反応

＜塩害＞

日本防蝕工業㈱ 技術資料より

マクロセル腐食を止めるには

山本悟，田代賢吉，立林喜子，石井浩司，関博：湿潤環境にあるコンクリート中鋼材の電気防食基準に関する検討，コンクリート工学論文集，pp.1-11, 2011.9

Fe2+

Cl－H+

pH3

Cl－H 2 O

pH7

腐食電流ＩcorpH13

さび層

ｺﾝｸﾘｰﾄ

鉄筋

O 2

2ｅ－

1/2O2＋2e－＋H2 O →2OH

－

アノード反応：Fe →Fe2＋＋2e

－

鋼材表面電位が均一になるまで下げる

陽極+（貴）

電位

-（卑）

防食電流

ｅ-ｅ-ｅ-ｅ-ｅ- ｅ-

ｅ-

ｅ-→

マクロセルを抑制し、不動態域へ

電位は、どこまで下げれば良いか

○ポイント

大気中のコンクリート部材では、自然電位Ecorから 100mVほど下げる

海水中や飛沫帯のコンクリート部材では、－850mV vs.CSE（飽和硫酸銅電極基準）より下げる

電気防食工法の構成要素

陽極材：防食電流を流し出す電極（直流電源装置のプラス極に接続）、流電陽極方式では、陽極材が自ら腐食して防食電流を供給する

鋼材：防食対象で、表面に防食電流が流れ込む（〃マイナス極に接続）

照合電極：鋼材の電位を測定するための基準になる電極

直流電源装置：防食電流を供給するための整流器

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電気防食工法の通電管理方法

時間

電位 A.分極量100mV

乾燥環境

湿潤環境

電源オン 電源オフ

B.復極量100mV

分極試験(ｲﾝｽﾀﾝﾄｵﾌ電位）

ｲﾝｽﾀﾝﾄｵﾌ電位

自然電位

ｲﾝｽﾀﾝﾄｵﾌ電位

オフ電位

C.電位－850mV

αmV

山本悟，小磯代子，武田均：RC桟橋におけるコンクリート中鋼材の電気防食基準の適用方法に関する検証，コンクリート工学年次論文報告集，Vol.34，No.1，pp.1024-1029，2012.07

電気防食システムの種類

電気防食工法

チタンメッシュ陽極方式

パネル陽極方式

導電性塗料方式（ソロCPアノード30方式）

導電性塗料方式（キャプロンコート方式）

チタン溶射方式

導電性モルタル方式

チタンリボンメッシュ方式

チタングリッド方式

チタントレイ方式

ニッケル被覆炭素繊維方式

点状陽極 チタンロッド方式

亜鉛シート方式

亜鉛・アルミ擬合金溶射方式

アラパネル方式

外部電源方式

面状陽極

線状陽極

流電陽極方式 面状陽極

面状陽極（外部電源方式）チタンメッシュ陽極方式

CP研１０周年記念事業 講習会 テキストより（事例番号21）

施工後

施工前

オーバーレイ 配線配管

鉄筋接続金具，照合電極設置 陽極材の施工

照合電極

線状陽極（外部電源方式）チタンリボンメッシュ方式

１０周年記念事業 講習会 テキストより（事例番号02）

施工後

線状陽極を用いた電気防食

露出した金属は絶縁処理

白色の部分が陽極設置部

溝を切り，線状陽極を設置

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流電陽極方式（アラパネル方式）

CP研ホームページより http://www.cp-ken.jp/

施工後

電解質

流電陽極方式による電気防食

桟橋床版下面

四角の板が流電陽極

表面処理工法（塗装）の再劣化（橋梁下面） 表面処理工法の再劣化（橋梁下面）

塗装の再劣化

被覆のみによる補修の再劣化の事例は多い

表面被覆の再劣化

湿潤環境における表面塗装のはがれ

表面処理工法の再劣化 断面修復＆表面処理工法の再劣化（桟橋下面）

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断面修復＆表面処理工法の再劣化（桟橋下面）

既設ｺﾝｸﾘｰﾄ

補修部

激しい腐食

断面修復＆表面処理工法の再劣化（桟橋下面）

電気防食による再劣化防止効果

山本悟，小磯代子，武田均：RC桟橋におけるコンクリート中鋼材の電気防食基準の適用方法に関する検証，コンクリート工学年次論文報告集，Vol.34，No.1，pp.1024-1029，2012.07

塩害進展期の補修工法

工 法 適用性 概 要

劣化因子の遮断

表面被覆 △表面からの腐食性物質（Cl-・O2など）の侵入防止

ひび割れ補修 △ ひび割れからの腐食性物質（H2O・O2など）

劣化速度の抑制

電気防食 ◎ 鉄筋腐食進行の大幅な低減

劣化因子の除去

電気化学的脱塩

○ 限界値を超えた塩化物イオンの低減

断面修復 ◎ 限界値を超えた塩化物イオンの除去

劣化因子の遮断だけでは十分な補修効果が期待できないため、鉄筋腐食の進行を抑制する工法が優先される

電気防食工法と他工法との比較

電気防食工法と他工法との比較

工程／

工法

劣化コンクリートの除去 鋼材の処理 断面修復 表面被覆

断面修復1) 劣化部2) 含塩部

1) 防錆方法に適した処理

2) 補足鉄筋

1) 収縮の少ない補修材

1) 遮塩性2) 付着性3) 長期耐久性

電気防食1) 劣化部 1) 浮きさび除去

2) 補足鉄筋と導通用鉄筋

1) 電気の流れやすい補修材

1) 不要 0 20 40 60 80 100

1

2

3

4

脱塩＋表面被覆脱塩＋表面被覆

電気防食電気防食陽極取替

配線取替電気防食

陽極取替

配線取替電気防食

断面修復（全面的）断面修復（全面的）再劣化に伴い全断面修復

全断面修復

再劣化に伴い全断面修復

全断面修復

脱塩＋被覆材塗布

10年に１回被覆材塗替

脱塩＋被覆材塗布

10年に１回被覆材塗替

竣工からの年数竣工からの年数

対策費用（補修としての電気防食を１として）対策費用（補修としての電気防食を１として）

0 20 40 60 80 100

1

2

3

4

表面被覆表面被覆

電気防食電気防食

10年に１回被覆材塗替

被覆材塗布

10年に１回被覆材塗替

被覆材塗布

配線取替

陽極取替

陽極・配線設置

配線取替配線取替

陽極取替

陽極・配線設置

配線取替

対策費用（補修としての電気防食を１として）対策費用（補修としての電気防食を１として）

竣工からの年数竣工からの年数

港湾コンクリート構造物維持管理実務ハンドブック：（財）沿岸技術研究センターより

電気防食工法と他工法とのLCC比較

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工法選定の流れ

電気防食工法 脱塩工法再アルカリ化

工法

○ ○ ○

大気中部 ○ ○ ○

飛沫帯部 ○ ○ ○

干満帯部 △ △ －

海中部 △ － －

○ ○ ○

○ △ △

○ ○ ○

○ － －

構造部材RC

PC

既設構造物

新設構造物

防食工法

適用対象

電気化学的補修工法

環境条件

陸上部・内陸部

海洋環境

防食工法

○：適用対象、 △：適用する場合検討が必要、 －：適用対象外

塩害対策における電気化学的防食工法の適用範囲

電気化学的防食工法の施工実績

電気防食工法の施工実績286,341m2，526件（2012年度まで）

電気化学的防食工法の施工実績

ご清聴ありがとうございました

電気化学的防食工法研究会